GIS設(shè)備中隔離開關(guān)負(fù)載特性測(cè)試研究

姜楠

摘要：時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展推動(dòng)我國整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展的同時(shí)使我國進(jìn)入現(xiàn)代化發(fā)展階段。GIS設(shè)備具有體積小、故障率低、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了廣泛的應(yīng)用，但其在安裝、運(yùn)輸?shù)入A段總會(huì)造成一些絕緣隱患，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成潛在威脅。

關(guān)鍵詞：GIS設(shè)備;隔離開關(guān)負(fù)載特性測(cè)試

引言

我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)自改革開放發(fā)展至今已經(jīng)取得了非常不錯(cuò)的成就和成果。針對(duì)目前行業(yè)上沒有GIS設(shè)備中隔離開關(guān)負(fù)載特性在運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試方法和測(cè)試裝置的現(xiàn)狀，研制了一種用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的裝置并進(jìn)行了實(shí)物測(cè)試驗(yàn)證。

1負(fù)載特性測(cè)試原理

負(fù)載特性測(cè)試就是通過各種傳感器來測(cè)試被測(cè)試對(duì)象運(yùn)動(dòng)特性的變化，從而來判斷其性能的優(yōu)劣。本項(xiàng)目GIS設(shè)備中隔離開關(guān)布置十分緊湊，運(yùn)行中的隔離開關(guān)均處于封閉狀態(tài)，其本體傳動(dòng)件無一外露。在現(xiàn)場(chǎng)通過測(cè)試轉(zhuǎn)軸、拐臂等傳動(dòng)件扭矩來反映負(fù)載特性十分困難，而其操作機(jī)構(gòu)卻暴露在殼體外部，機(jī)構(gòu)通過傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)本體運(yùn)動(dòng)，本體運(yùn)動(dòng)特性的變化將直接傳導(dǎo)到機(jī)構(gòu)使某些參數(shù)發(fā)生改變。因此，機(jī)構(gòu)中的電機(jī)電流、手動(dòng)操作力矩、主軸速度作為測(cè)試目標(biāo)量是首選研究對(duì)象。

2故障氣室內(nèi)部檢查

1.接地開關(guān)靜觸頭屏蔽罩開口周邊有不同程度燒損;上下兩側(cè)燒蝕較其他部位嚴(yán)重，下側(cè)燒蝕最為嚴(yán)重，最大部位燒蝕長度約8mm;外側(cè)彈簧觸頭已完全燒蝕，觸頭座安裝槽局部有燒蝕痕跡;其他部位未見異常。2.三工位隔離開關(guān)內(nèi)部零部件表面附著大量灰白色放電產(chǎn)物，殼體下部法蘭邊緣局部有噴濺痕跡，油漆受熱發(fā)黑，未損傷殼體基材;動(dòng)觸頭屏蔽罩（接地開關(guān)側(cè)）有明顯燒蝕情況;盆式絕緣子及絕緣拉桿局部有噴濺痕跡。清理殼體噴濺灼燒位置，發(fā)現(xiàn)灼燒位置清理后表面光潔，無放電擊穿點(diǎn)，表面油漆未受損傷，僅存在細(xì)小灼燒點(diǎn)顏色變深斑點(diǎn)。

3GIS高壓隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)難點(diǎn)

GIS高壓隔離開關(guān)主要作用是將高壓設(shè)備與高壓電網(wǎng)進(jìn)行隔離，因此它并不具備滅弧能力，也就不能直接投切負(fù)荷電流和開斷短路電流。通常，GIS高壓隔離開關(guān)通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)動(dòng)靜觸頭的分（合）閘動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶觸點(diǎn)隔離開關(guān)設(shè)備主電路的開斷與關(guān)合。其中，隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)由連桿機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等部件組成，高壓隔離開關(guān)的動(dòng)靜觸頭通過操作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿動(dòng)作來可靠地完成分合閘操作，操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作的特點(diǎn)是：在執(zhí)行動(dòng)作時(shí)，機(jī)械機(jī)構(gòu)瞬變，機(jī)構(gòu)動(dòng)作會(huì)伴隨著沖擊、振動(dòng);在閉合通電時(shí)，隔離開關(guān)又長時(shí)間不動(dòng)作，一旦有故障發(fā)生，又會(huì)要求隔離開關(guān)動(dòng)作穩(wěn)定可靠。根據(jù)高壓隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的特點(diǎn)，高壓隔離開關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠運(yùn)行尤為重要，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。GIS隔離開關(guān)操作結(jié)構(gòu)在多次動(dòng)作后，一些操作機(jī)構(gòu)中連桿機(jī)構(gòu)零部件的強(qiáng)度和剛度會(huì)變差，容易產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致隔離開關(guān)卡死，使之難以斷開，造成故障。同時(shí)，由于GIS高壓隔離開關(guān)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)操作機(jī)構(gòu)完成的每一次分合閘投切動(dòng)作，都會(huì)對(duì)隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)機(jī)械部件造成損傷，且存在損傷累加效應(yīng)，因此對(duì)隔離開關(guān)機(jī)械特性進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)是智能電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也符合國家電網(wǎng)建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的需。目前，GIS高壓隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)難點(diǎn)在于：由于GIS設(shè)備中的隔離開關(guān)是封閉在絕緣筒內(nèi)的，不能直接觀測(cè)到隔離開關(guān)動(dòng)靜觸頭的分合到位情況，只能通過機(jī)構(gòu)箱上的位置指針、匯控柜內(nèi)的分合閘燈和后臺(tái)位置來間接判定隔離開關(guān)的動(dòng)作狀態(tài)。現(xiàn)階段對(duì)于此類缺陷的反措手段多是對(duì)GIS連桿進(jìn)行劃線，但存在以下幾點(diǎn)不足：部分廠家的機(jī)構(gòu)連桿在機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部，無法劃線;劃線方式不僅工作量大，而且大量倒閘操作還存在安全隱患;標(biāo)識(shí)線的觀測(cè)手段嚴(yán)重不足，GIS結(jié)構(gòu)緊湊，觀測(cè)存在盲區(qū)，夜間難以觀測(cè);傳動(dòng)軸和動(dòng)觸頭連接若脫扣，劃線標(biāo)識(shí)無法起到作用。

4測(cè)試裝置軟件方案

系統(tǒng)軟件采用高級(jí)語言C++，其HMI主要實(shí)現(xiàn)初始化設(shè)置、數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)可視化（繪圖）、故障診斷、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。與傳統(tǒng)的檢測(cè)儀相比，裝置實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)儀器的硬件與計(jì)算機(jī)的結(jié)合，并擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能，完成數(shù)據(jù)采集、智能診斷和顯示。數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)本身是通過傳感器采集，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再傳入到上位機(jī)系統(tǒng)中。傳感器本身不可避免的受到噪聲的干擾，再加上數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換過程中引入的噪聲，使得HMI接受到的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)異常點(diǎn)，偏離了正常數(shù)值。為了準(zhǔn)確地剔除噪聲，還原真實(shí)數(shù)據(jù)，使用高斯濾波（Gaussfilter）算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。引入此算法后，得到信噪比SNR較高的信號(hào)，數(shù)據(jù)的重復(fù)性和穩(wěn)定性都得到很大的提高。數(shù)據(jù)可視化，大量的數(shù)據(jù)采用了圖形的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，給出了數(shù)據(jù)隨轉(zhuǎn)角變化關(guān)系曲線。這樣可以在測(cè)試時(shí)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)。進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，將數(shù)據(jù)繪制成不同顏色的曲線，直觀顯示數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)和區(qū)別。故障診斷，軟件運(yùn)用指紋識(shí)別原理提供了對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)的功能。針對(duì)曲線上每個(gè)細(xì)節(jié)的特征點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)判斷，任何異常的蛛絲馬跡將會(huì)被發(fā)現(xiàn)。如果異常點(diǎn)數(shù)值超過設(shè)定閾值系統(tǒng)發(fā)出故障報(bào)警，并提示異常區(qū)段及異常零部件，為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修、智能檢修提供科學(xué)依據(jù)。

5模型結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性參數(shù)

對(duì)圓筒形單相分箱式結(jié)構(gòu)的GIS隔離開關(guān)進(jìn)行建模仿真，其中各部分結(jié)構(gòu)的材料和參數(shù)如下：觸指、動(dòng)觸頭：GIS隔離開關(guān)的觸指和動(dòng)觸頭采用的材料是由20%的銅和80%的鎢構(gòu)成的合金鎢銅，其硬度和導(dǎo)電性都比較好。模型中設(shè)置了12片觸指，與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)觸頭結(jié)構(gòu)相同。靜觸頭和導(dǎo)體：采用的材料是純銅，靜觸頭外殼的直徑為9cm;導(dǎo)體的直徑為6cm。氣室盆式絕緣子：采用的材料是固化的環(huán)氧樹脂。盆式絕緣子的主要作用是隔熱以及隔離各個(gè)氣室。其厚度為3.5cm。外殼：采用的材料是鋼，外殼的厚度設(shè)置為0.5cm。氣體：采用的材料是空氣，并且將空氣壓力設(shè)置為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

6現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在應(yīng)用測(cè)試中還有意外收獲，220kV蘭房變有10多臺(tái)同型號(hào)、同規(guī)格的252kV隔離開關(guān)，正常情況下負(fù)載特性曲線基本一致。但其中有一臺(tái)合閘測(cè)試結(jié)束后裝置出現(xiàn)報(bào)警狀態(tài)，將報(bào)警曲線與正常曲線調(diào)入同一坐標(biāo)系進(jìn)行指紋比對(duì)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)在動(dòng)、靜觸頭剛接觸階段電機(jī)電流開始增大，最大電流達(dá)到3.1A（正常情況下最大工作電流在2A左右），電機(jī)啟動(dòng)電流及在觸頭接觸之前的工作電流與正常電機(jī)電流基本一致。分析認(rèn)為，該臺(tái)隔離開關(guān)電動(dòng)機(jī)構(gòu)及本體傳動(dòng)裝置沒有問題，而是由于動(dòng)、靜觸頭嚴(yán)重不對(duì)中，導(dǎo)致摩擦力增大、電機(jī)電流增大。經(jīng)查該電機(jī)的額定電流為3.3A，因最大電流3.1A小于額定電流，過流保護(hù)不動(dòng)作，主回路電阻也沒有明顯變化。因此這種隱形異常目前檢測(cè)手段不會(huì)被發(fā)現(xiàn)。如果得不到及時(shí)處理，這種異常狀態(tài)，觸頭將會(huì)異常發(fā)熱，甚至燒毀，造成重大事故。后續(xù)檢修人員處理后曲線恢復(fù)正常。

結(jié)語

探討了GIS設(shè)備中隔離開關(guān)負(fù)載特性的幾種測(cè)試原理和測(cè)試方法并介紹了測(cè)試裝置硬軟件設(shè)計(jì)方案。只是初步探索，還需繼續(xù)驗(yàn)證與完善。待其投入運(yùn)行若干時(shí)間后在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其狀態(tài)再次檢測(cè)，分析其負(fù)載特性的變化趨勢(shì)來預(yù)測(cè)是否有缺陷存在，從而為狀態(tài)檢修提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊堃，李煒，宋杲.2013年高壓開關(guān)設(shè)備運(yùn)行分析[J].智能電網(wǎng)，2014，2（6）：32-41.

[2]黃輝敏，夏小飛.220kVGIS隔離開關(guān)觸頭燒壞故障分析與對(duì)策[J].廣西電力，2014，37（6）：70-72.

[3]郭偉，汪隆臻，等基于聲-電-氣聯(lián)合檢測(cè)的GIS缺陷分析與處理[J].高壓電器，2018，54（1）：243-248.